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柴油机单元块旋转式过滤体DPF微波再生研究 一、单元块旋转式过滤体DPF的结构及原理 二、试验装置与方法 柴油机微粒捕集器的性能指标主要有过滤体的捕集效率、再生效率和整个微粒捕集器的气流阻力特性等,而捕集效率主要与过滤体采用的材料有关,本文提出的微粒捕集器过滤为泡沫陶瓷材料制成的通流式过滤体。 为了验证单元块旋转式过滤体微粒捕集器的可行性及性能,进行了试验验证。试验系统如图 三、试验结果与分析 为了评价旋转式过滤体微粒捕集器的阻力特性,将单元块旋转式结构的捕集器与传统整体式结构的微粒捕集器进行比较。试验中采用的整体式碳化硅陶瓷过滤体,尺寸为144mm×205mm圆柱形过滤体,体积约为3.34 L,物性参数与单元块旋转式过滤体一致。 3·2 过滤体微粒捕集特性分析 计算微粒捕集器的捕集效率,采用AVL烟度计对微粒捕集器过滤体前后的烟度进行测量,捕集效率为 式中　Ga、Gb———过滤前、后的烟度 四、过滤体微波再生分析 微粒捕集器再生试验时,柴油机的工况稳定在转速1500 r/min、负荷50%下,排气流量21 kg/h,排气温度为573 K,柴油机废气中的氧含量在不同负荷下为8% ~15%,负荷越高,含量越低,当废气中含氧量在10%以上时能保证微粒充分燃烧。每个过滤单元块须在有隔板的再生腔中停留一定时间后由步进电动机旋转45°,带动下一块过滤单元块进入再生腔加热,过滤单元块一次加热时间是影响微粒捕集器整体再生效率和能量消耗的重要因素。 再生效率或再生质量由再生前、后过滤体中微粒沉积质量来评价。过滤体能否良好再生,是整个DPF正常使用的关键。通常用再生效率来评价过滤体再生性能,过滤体再生效率为 式中m1、m2———再生前、后过滤体内捕集PM质量 五、结论 (1)将微粒捕集器过滤体分割成单元块,气流从轴向通入后从侧面流出实现径向过滤,在过滤体体积相同的情况下,径向过滤的过滤面积比横向过滤高,因此其排气背压与过滤阻力小,有利于发动机性能的提高。 (2)发动机低速度与低负荷工况时,单元块旋转式过滤体排气阻力上升速率与整体式过滤体相当;高速与高负荷工况下,传统整体式过滤体排气阻力上升速率更大;单元块旋转式过滤体排气阻力小于整体式过滤体。 (3)发动机低速工况时,单元块旋转式过滤体的捕集效率略低于整体式的捕集效率,高速工况时前者高于后者;两者捕集效率都随发动机转速增加而降低,整体式过滤体下降速率更快。 (4)单元块旋转式微粒捕集器能实现分时段加热再生,可有效解决车载电瓶电量不足的技术瓶颈,加热3~8min时,单个过滤块再生效率达80%以上。 (5)过滤体初始温度越高,则再生越容易进行、且再生速率快、再生效率高,车载电源消耗的能量少。尤其是当过滤体初始温度超过500K时,进一步提高初始温度还可以降低过滤体峰值温度。 青衣 * 青衣 * 微粒(PM)是柴油机主要的排放污染物,随着柴油车日益广泛的应用和柴油车排放标准的日益严格,仅靠机内净化技术已不能满足日趋严格的排放法规,必须同时采用后处理装置。微粒集器(DPF)是解决柴油机排放PM污染最有效和最具有发展前景的后处理技术,在DPF技术研究中,过滤体的再生是其关键技术。微粒捕集器过滤体的再生技术是限制微粒捕集器广泛使用的瓶颈,微波再生方式利用了陶瓷材料过滤体对微波的吸收能力较差,微粒对微波的吸收能力很强的特点来对微粒捕集器进行再生。 采用微波对DPF进行加热时,微粒是主要的被加热对象,微波加热再生具有能提高能量利用率、延长过滤体寿命、提高再生效率且加热均匀等优点。但由于微波功率源即实用车载电瓶的问题,使得这一再生技术实施的难度极大。针对微波再生的这一技术瓶颈,改变传统微波再生方式中对过滤体进行整体加热的方法,提出过滤体的单元化设计以及旋转式再生方案,以减小过滤体再生加热时的体积,降低微波源的消耗功率,实现一般车载电源可直接使用。本文对这一方案所提出的微粒捕集器的工作过程及过滤机理进行阐述,对其主要性能指标进行研究。 微波再生过程中过滤体内部空间存在很强的电磁场,利用热电偶测量过滤体温度不仅会影响电磁场的空间分布和加热再生效果,还会影响热电偶测温的准确性;另外,微波再生具有加热均匀的特点,且外圆面气流出口面,加热再生时温度极高。为此采用抗微波红外测温探头对再生过程中过滤体表面不同点的温度进行测定,测试位置分布如图所示,测试值取三者最大值。 过滤体温度测试点位置 1.柴油机　2.气阀　3.压力计　4.烟度仪　5.排气口　6.捕集 器　7.步进电动机　8.步进电动机控制器　9.整流器　10.变压 器　11.电源　12.发动机控制器　13.微波源　14.温度仪 再生试验过程中,过滤体单元依次进入